檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(共13頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)及單臂電橋工作原理和性能。二、基本原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)。描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：RRK 式中：RR 為電阻絲電阻相對(duì)變化，K 為應(yīng)變靈敏系數(shù)，=L/L為電阻絲長度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它反映被測部位受力狀態(tài)的變化。電橋的作用是完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓 Uo1= EK/4。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱(±4V、±15V、電壓

2、表)、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。圖2-1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖如圖2-1，將托盤安裝到應(yīng)變傳感器的托盤支點(diǎn)上，應(yīng)變式傳感器（電子秤傳感器）已安裝在應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳稀鞲衅髯笙陆菓?yīng)變片為R1，右下角為R2，右上角為R3，左上角為R4。當(dāng)傳感器托盤支點(diǎn)受壓時(shí)，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值減小。如圖2-2，應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞1、R2、R3、R4為應(yīng)變片。沒有文字標(biāo)記的5 個(gè)電阻是空的，其中4 個(gè)組成電橋模型是為實(shí)驗(yàn)者組成電橋方便而設(shè)的。傳感器中4片應(yīng)變片和加熱電阻已連接在實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降腞1、R2、R3、R4 和加熱器上?？捎萌f用表進(jìn)行測量判別，常態(tài)時(shí)應(yīng)變

3、片阻值為350，加熱絲電阻值為50左右。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)圖2-3 工作原理圖、圖2-2 接線示意圖安裝接線。圖2-2 應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒔泳€示意圖圖2-3 單臂電橋工作原理圖2、放大器輸出調(diào)零:將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時(shí)脫開，再用導(dǎo)線將兩輸入端短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3 大約到中間位置(先逆時(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2 圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V 檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零:拆去放大器輸入端口的短接線，將暫時(shí)脫開的引線復(fù)原。調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使電壓表顯示為零。

4、4、應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn):在應(yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2-1，畫出實(shí)驗(yàn)曲線。表2-1重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)51015202631364247525、根據(jù)表2-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U為輸出電壓變化量，W 為重量變化量）和非線性誤差。=m/yFS ×100式中m為輸出值（多次測量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差；yFS為滿量程輸出平均值，此處為200g（或500g）。解：S=5/20=0.25 f1=m/yFS ×1

5、00=2/200×100=1實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。*6、利用虛擬儀器進(jìn)行測量。五、思考題單臂電橋工作時(shí)，作為橋臂電阻的應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片；（2）負(fù)（受壓）應(yīng)變片（3）；正、負(fù)應(yīng)變片均可以。答：應(yīng)選用正應(yīng)變片。實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋容^半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。二、基本原理不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓Uo2EK2。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱(±4V、±15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。 圖2-4 半橋

6、工作原理圖圖2-5 應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、接線示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)圖2-4 工作原理圖、圖2-5 接線示意圖安裝接線。2、放大器輸出調(diào)零 : 將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時(shí)脫開，用導(dǎo)線將兩輸入口短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2 圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零 : 恢復(fù)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎肟诮泳€，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零。4、應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn) : 在應(yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)

7、顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2-2，畫出實(shí)驗(yàn)曲線。表2-2重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)1122334454657687981095、計(jì)算靈敏度SUW，非線性誤差。SUW=11/20=0.55=(1/109)*100%=0.091%6、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。*7、利用虛擬儀器進(jìn)行測量。五、思考題1、半橋測量時(shí)，兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：(1)對(duì)邊；(2)鄰邊。答: 鄰邊。2、半橋測量時(shí)，兩片相同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：(1)對(duì)邊；(2)鄰邊。答:

8、對(duì)邊。3、橋路（差動(dòng)電橋）測量時(shí)存在非線性誤差，是因?yàn)椋?1)電橋測量原理上存在非線性；(2)應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的；(3)調(diào)零值不是真正為零。答:電橋測量原理上存在非線性。實(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馊珮驕y量電路的優(yōu)點(diǎn)。二、基本原理全橋測量電路中，將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值R1R2R3R4、其變化值R1R2R3R4時(shí)，其橋路輸出電壓Uo3KE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱(±4V、±15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⑼斜P、砝碼、萬用表、導(dǎo)

9、線等。圖2-6 全橋工作原理圖圖2-7 應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、接線示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)圖2-6 工作原理圖、圖2-7 接線示意圖安裝接線。2、差動(dòng)放大器調(diào)零 : 將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時(shí)脫開，用導(dǎo)線將兩輸入口 短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2 圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零 : 恢復(fù)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎肟诮泳€，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零。4、應(yīng)變片全橋?qū)嶒?yàn) : 在應(yīng)變傳感器的托盤

10、上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2-3，畫出實(shí)驗(yàn)曲線。表2-3重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)214364851061261471681892105、計(jì)算靈敏度SUW，非線性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。SUW=21/20=1.05=1/209×100=0.48*6、利用虛擬儀器進(jìn)行測量。五、思考題1、測量中，當(dāng)兩組對(duì)邊（如R1、R3 為對(duì)邊）電阻值R相同時(shí)，即R1R3，R2R4，而R1R2時(shí)，是否可以組成全橋：（1）可以；（2）不可以。答：不可以。2、某工程技

11、術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如圖-，能否如何利用四片應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖2-8 受拉力時(shí)應(yīng)變式傳感器圓周面展開圖答：將這兩組應(yīng)變片分別按照兩個(gè)不同的方向貼在棒材上面就可以了，然侯利用不同的兩組測量值就可以組成一個(gè)全橋電路，進(jìn)而獲得測量結(jié)果，無需再引入外界電阻。3、金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較基本原理如圖2-9（a）、（b）、（c）。比較單臂、半橋、全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析，闡述原因，得出相應(yīng)的結(jié)論。注意：比較實(shí)驗(yàn)中，（a）、（b）、（c）放大電路的放大器增益必須相同。 （a）單臂 （b）半橋 （c）全橋圖2-9 應(yīng)變電

12、橋 單臂設(shè) <<1 半橋 全橋 實(shí)驗(yàn)五 差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器的工作原理和特性。二、基本原理差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和二只次線圈及一個(gè)鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有二段式和三段式，本實(shí)驗(yàn)采用三段式結(jié)構(gòu)。當(dāng)被測體移動(dòng)時(shí)差動(dòng)變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生變化（一只次級(jí)感應(yīng)電勢增加，另一只感應(yīng)電勢則減少）。將兩只次級(jí)反向串接（同名端連接），引出差動(dòng)電勢輸出。其輸出電勢反映出被測體的移動(dòng)量。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測微頭、雙蹤示波器、萬用表、導(dǎo)線等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、測微頭的

13、組成與使用測微頭組成和讀數(shù)如圖3-1。圖3-1 測位頭組成與讀數(shù)測微頭組成：測微頭由不可動(dòng)部分安裝套、軸套和可動(dòng)部分測桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。測微頭讀數(shù)與使用：測微頭的安裝套便于在支架座上固定安裝，軸套上的主尺有兩排刻度線，標(biāo)有數(shù)字的是整毫米刻線(1格)，另一排是半毫米刻線(.格)；微分筒前部圓周表面上刻有50等分的刻線(.格)。用手旋轉(zhuǎn)微分筒或微調(diào)鈕時(shí)，測桿就沿軸線方向進(jìn)退。微分筒每轉(zhuǎn)過1格，測桿沿軸方向移動(dòng)微小位移.毫米，這也叫測微頭的分度值。測微頭讀數(shù)方法：先讀軸套主尺上露出的刻度數(shù)值，注意半毫米刻線；再讀與主尺橫線對(duì)準(zhǔn)微分筒上的數(shù)值，可以估讀110 分度，如圖3-1 甲讀數(shù)為.，不是.

14、；遇到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時(shí)，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，如圖3-1乙已過零則讀.；如圖3-1 丙未過零，則不應(yīng)讀為，讀數(shù)應(yīng)為.。測微頭使用：測微頭在實(shí)驗(yàn)中是用來產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。一般測微頭在使用前，首先轉(zhuǎn)動(dòng)微分筒到處（為了保留測桿軸向前、后位移的余量），再將測微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到專用支架座上，移動(dòng)測微頭的安裝套（測微頭整體移動(dòng)）使測桿與被測體連接并使被測體處于合適位置（視具體實(shí)驗(yàn)而定）時(shí)再擰緊支架座上的緊固螺釘。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測微頭的微分筒時(shí)，被測體就會(huì)隨測桿而位移。圖3-2 差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)原理圖圖3-3 差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、接線圖、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn) 按圖

15、3-3接線。 將差動(dòng)變壓器和測微頭安裝在實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓闹Ъ茏希?L1 為初級(jí)線圈；L2、L3 為次級(jí)線圈；號(hào)為同名端。 差動(dòng)變壓器的原邊的激勵(lì)電壓從主機(jī)箱中音頻振蕩器的Lv端子引入，檢查接線無誤后合上總電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為45KHz（可用主機(jī)箱的頻率表輸入Fin來監(jiān)測）；調(diào)節(jié)輸出幅度峰峰值為Vp-p2V（可用示波器監(jiān)測：X軸為0.2ms/div）。 松開測微頭的安裝緊固螺釘，移動(dòng)測微頭的安裝套使差動(dòng)變壓器的次級(jí)輸出（示波器第二通道）波形Vp-p為較小值（變壓器鐵芯大約處在中間位置）。擰緊緊固螺釘，仔細(xì)調(diào)節(jié)測微頭的微分筒使差動(dòng)變壓器的次級(jí)輸出波形Vp-p為最小值(零點(diǎn)殘余電壓)，并定為

16、位移的相對(duì)零點(diǎn)。這時(shí)可以左右位移，假設(shè)其中一個(gè)方向?yàn)檎灰?，則另一個(gè)方向位移為負(fù)。 從零點(diǎn)（次級(jí)輸出波形Vp-p為最小值）開始旋動(dòng)測微頭的微分筒，每隔0.2mm（可取1025 點(diǎn)）從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入表3-1。一個(gè)方向結(jié)束后，再將測位頭退回到零點(diǎn)反方向做相同的位移實(shí)驗(yàn)。 從零點(diǎn)決定位移方向后，測微頭只能按所定方向調(diào)節(jié)位移，中途不允許回調(diào)，否則，由于測微頭存在機(jī)械回差而引起位移誤差。實(shí)驗(yàn)時(shí)每點(diǎn)位移量須仔細(xì)調(diào)節(jié)，絕對(duì)不能調(diào)節(jié)過量而回調(diào)，如過量則只好剔除這一點(diǎn)繼續(xù)做下一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)或者回到零點(diǎn)重新做實(shí)驗(yàn)。當(dāng)一個(gè)方向行程實(shí)驗(yàn)結(jié)束，做另一方向時(shí)，測微頭回到次級(jí)輸出波形Vp-p最小處時(shí)它的位移

17、讀數(shù)有變化（沒有回到原來起始位置），這是正常的。做實(shí)驗(yàn)時(shí)位移取相對(duì)變化量為定值，只要中途測微頭不回調(diào)就不會(huì)引起位移誤差。3、實(shí)驗(yàn)過程中注意差動(dòng)變壓器次級(jí)輸出的最小值即為差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓。根據(jù)表3-1 畫出Vop-pX 曲線，作出位移為±1mm、±3mm時(shí)的靈敏度和非線性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。表3-1正向V(mv)51736537292109128X(mm)00.20.40.60.81.01.21.4V(mv)147167185204224243261281X(mm)1.61.82.02.22.42.62.83.0反向V(mv)530568110613115618

18、0X(mm)0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2-1.4V(mv)206232256282307249268289X(mm)-1.6-1.8-2.0-2.2-2.4-2.6-2.8-3.0±1mm時(shí)S分別為87/1=87（mv/mm） 131/(-1)=-131(mv/mm)分別為5.4/92×100=5.86% 1/131×100=0.76%±3mm時(shí)S分別為276/3=92(mv/mm) 302/(-3)=-100.67(mv/mm)分別為5.4/281×100=1.92% 83/307×100=27.03%最后一個(gè)

19、非線性誤差的出現(xiàn)是由于當(dāng)刻度過大時(shí)得到的電壓已經(jīng)到了非線性區(qū)，圖形已經(jīng)不為線性。五、思考題：1、用差動(dòng)變壓器測量振動(dòng)頻率的上限受什么影響？答：受鐵磁材料磁感應(yīng)頻率響應(yīng)上限影響。2、試分析差動(dòng)變壓器與一般電源變壓器的異同？答：差動(dòng)變壓器一般用于作為檢測元件，而一般變壓器一般作為電源變換部件或者信號(hào)轉(zhuǎn)換部件。差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和二只次級(jí)線圈及鐵芯組成，。當(dāng)傳感器隨著被測物體移動(dòng)時(shí)，由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生變化，一只次級(jí)感應(yīng)電勢增加，另一只感應(yīng)電勢則減少，將兩只次級(jí)反向串接，即同名端接在一起，就引出差動(dòng)輸出，其輸出電勢則反映出被測體的位移量。而一般電源變

20、壓器是是把兩個(gè)線圈套在同一個(gè)鐵心上構(gòu)成的。實(shí)驗(yàn)九 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。二、基本原理利用電容CAd的關(guān)系式，通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路，可以選擇、A、d三個(gè)參數(shù)中保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，就可以組成測介質(zhì)的性質(zhì)（變）、測位移（d變）和測距離、液位（A變）等多種電容傳感器。本實(shí)驗(yàn)采用的傳感器為圓筒式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，如圖3-6 所示：由二個(gè)圓筒和一個(gè)圓柱組成。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長為x，則電容量為C=2pln(Rr)。圖中C1、C2 是差動(dòng)連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生X 位移時(shí)，電容量的變化量為C=C1C2=2p2Xln(Rr)，式中2p、ln(Rr)為常數(shù)，說明C 與位移X 成正比，配上配套測量電路就能測量位移。圖3-6 電容式位移傳感器結(jié)構(gòu)圖3-7 電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)原理圖三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y微頭。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖3-8 將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?，?shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵鰋1 接主機(jī)箱電壓表的in。2、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系腞w調(diào)節(jié)到中間位置（方法：